如图所示,长为L的绝缘细线,一端悬于O点,另一端连接一质量为m的带负电小球,置于水平向右的匀强电场中

2025-05-12 21:54:18
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解答:解:由于重力场和电场力做功都与路径无关,因此可以把两个场叠加起来看成一个等效力场来处理,如图所示,有:
tanθ=

mg
Eq
=
mg
1
3
mg
=
3

得:θ=60°
开始时,摆球在合力F的作用下沿力的方向作匀加速直线运动,从A点运动到B点,由图可知,△AOB为等边三角形,则摆球从A到B,在等效力场中,由能量守恒定律得:FL=
1
2
m
v
 
在B点处,由于在极短的时间内细线被拉紧,摆球受到细线拉力的冲量作用,法向分量v2变为零,切向分量为:
v1=vBcos30°=
3
2
vB

接着摆球以v1为初速度沿圆弧BC做变速圆周运动,碰到钉子O′后,在竖直平面内做圆周运动,在等效力场中,过点O′做合力F的平行线与圆的交点为Q,即为摆球绕O′点做圆周运动的“最高点”,在Q点应满足:F=m
v
R

根据能量守恒定律得:
1
2
m
v
+(-
1
2
FL)=
1
2
m
v
+[-F(L-R)cos30°-R]
联立方程可解得:R=
2
3
+1
2
3
+6
L

所以得:OO′=L-R=
5
2
3
+6
L

答:OO′长度是
5
2
3
+6
L